自噬
——诺奖级别热点技术的创新应用
网络课程第二期开始啦!
俗话说,一白遮三丑,一胖毁所有。在这个看脸的时代,人长胖了要减肥来维持健康和颜值,细胞也是一样的!
自噬是细胞中存在的一种非常关键的“减肥”机制。在饥饿、能量缺乏等代谢应激条件下,细胞会通过自噬来获得新的能量来源和物质需求以维持细胞的基本生命活动。同时自噬还参与多种疾病的发生和发展。大量研究表明,自噬功能障碍与衰老、肿瘤、神经退行性疾病、心脑血管病、代谢糖尿病和自身免疫疾病的发生发展密不可分。由此,揭示自噬在不同疾病中的作用机制并发现靶向自噬功能障碍的药物正成为药物研发的热点领域。也正是由于自噬的重要性,自噬成为2014年国自然中标热门词汇,也是被预测为“诺贝尔奖”级别的热点!
某机构统计了2004年至2015年这12年自噬研究的标书,发现不论是从数量还是资助总额都在逐年提高。2015年医学部的资助数量为241个,总资助额度为11261万元,平均资助力度为46.7万元/个。其他学部资助数量为66个,总资助额度为3938万元,平均资助力度为59.7万元/个。这种火箭式的增速,大有赶超上海房价的趋势!那么时至2016年,自噬研究又有哪些突破性的研究方法和结果值得关注呢?
自噬是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器并使其包被进入囊泡,并与溶酶体融合形成自噬溶酶体,降解其所包裹的内容物的过程。自噬是细胞内固有的用来降解非必须或者错误折叠的细胞组分的过程,单词autophagy来自于希腊语,auto=self,phagy=phagein=to eat,吃掉自己~自噬过程中,待降解的组分形成双层膜结构的自噬小体,通过与溶酶体的融合,完成降解和再利用。在疾病发生的过程中,自噬一般被认为是细胞对外界环境压力的响应,在某些场合能够促进细胞存活,但在另一些场合促进细胞死亡。已有的自噬研究表明,AMPK-mTOR通路在自噬过程中发挥重要作用,通过一系列自噬相关基因(autophagy associated gene, ATG)家族蛋白完成自噬的过程。
自噬与肿瘤是研究的重中之重,而其对于肿瘤来说是一把“双刃剑”。一方面自噬通过促进细胞在养料氧气不足或化疗药物处理时的存活和降解促凋亡因子实现促癌效果,另一方面自噬过程也会控制细胞的增殖,抑制血管形成,从而抑制肿瘤的生长。下图就是一个简单的归纳图。
最近几年,自噬的癌症研究越来越火热,以2016年为例,Cell Reports(IF=7.87)的一篇研究表明自噬是高转移性的肿瘤细胞转移和入侵的必要条件。
在肿瘤转移过程中,黏着斑在肿瘤细胞行进路径前方形成,当细胞通过后,黏着斑漂移回到细胞。黏着班的拆卸过程中,通过自噬通路分解其内容物,并允许细胞的后边缘摆脱细胞外基质,被前端的牵引力拉着前进。这篇文章确定了自噬在黏着斑蛋白分解拆卸中的关键角色以及其对于逃离原发肿瘤的必要性,为临床中治疗肿瘤提示了一个新的方向,即抑制自噬可能是阻止转移性癌扩散的一种方法。
在绝大部分科学家不断探索自噬产生的后果时,另外一些科学家另辟蹊径,将目光从自噬产生的结果更多地转移到自噬的发生层面。近来,日本的科学家宣布他们成功探明了自噬启动的机制。通过对酵母的研究发现,促进自噬过程的Atg13蛋白质会与其他4种蛋白质通过网状结构进行连接,形成一个巨大的细胞自噬启动装置。这个装置能够创造出二重膜结构,仅吸收分解物质。这个研究成果对预防和治疗由细胞自噬引发的癌症及神经类疾病有重要意义。该文章于2016年7月11日刊载在Developmental Cell (IF=9.338)上。
自噬除了在肿瘤疾病中同时扮演着正反面的作用,在其他很多细胞过程如能量代谢、骨关节炎、感染中也有着重要作用。例如一篇发表在2016年Autophagy (IF=9.108)的文章阐述了自噬作为重要的调节机制,参与精子的分化与成熟的过程。自噬的缺失会导致精子活力衰减,精子形态尤其是尾部结构遭到破坏,出现严重的畸形精子症,影响生殖。
中科院动物所的李卫研究组发现精细胞中自噬被阻滞后,精子分化过程中一系列的关键结构的组装遭到破坏,导致大量本该移除的胞质存留在精子头部,出现形态畸形与运动障碍。该研究进一步证明自噬过程通过特异的降解细胞骨架调节蛋白PDLIM1促进了细胞骨架的正常组装,保证了精子分化的正常进行。该研究揭示了自噬在精子发育过程中的重要功能,使精子形态建成的机制研究得到进一步完善。
总而言之,无论是研究自噬的启动、流程还是后果,我们最终的目的都是探寻自噬在细胞异常中的作用,进而为疾病治疗寻找新的思路,在临床中得到相应的应用。自噬与细胞凋亡一脉相承。而凋亡早在2002年就已经获得诺贝尔生理学奖,自噬的春天还会远吗?这个领域的弄潮儿,只要抓住机遇,也许下一个诺贝尔奖得主就是你!
更多关于自噬研究的交流,大到整体实验思路、最新进展,小到工具、技术、分析,吉凯基因帮你扫清障碍,走向科研巅峰~
制版人:半夏
联系客服